期刊,铁道科学与工程学报 2024年卷8期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

铁道科学与工程学报

主　　编：余志武

出版周期：双月刊

国际刊号：1672-7029

电子邮箱：jrse@mail.csu.cn

电　　话：0731-82655133；82656174

邮政编码：410075

地　　址：长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。

正式出版

收录年代

预防性工间休策略应对铁路运输岗位疲劳作业的研究

王健邢科家王玺

3119-3130页

查看更多>>摘要：为了减少铁路行车指挥岗位的疲劳作业时间,降低由人员疲劳引发运输生产事故的风险,在分析岗位疲劳原理的基础上,研究预防岗位疲劳作业的工间休策略.以"应对性工间休策略"为参照,提出一种"预防性工间休策略",用随机过程描述岗位人员的疲劳发展,以有值班干部替班的2岗位作业系统为对象构建马尔科夫模型.在阐述工间休策略的基础上对模型进行设计,并说明模型的工作原理及计算方法.以作业系统稳态和瞬态下的疲劳作业概率(Pfo)、值班干部替班概率(Pdcs)为评价指标,通过计算指出"预防性工间休策略"的优缺点并对策略进行调整,对比分析"应对性工间休策略""预防性工间休策略"和"调整的预防性工间休策略"应对岗位人员疲劳作业的效果.研究结果表明:相对"应对性工间休策略","预防性工间休策略"可显著降低岗位人员的疲劳作业概率,Pfo降低的同时Pdcs升高."调整的预防性工间休策略"的Pfo优于"应对性工间休策略",且收敛速度优于"预防性工间休策略".提出的"预防性工间休策略"适用于优先考虑最大程度减少疲劳作业时间的情况,"调整的预防性工间休策略"适用于优先考虑替班成本的情况,可根据考量因素选择不同策略,为应对铁路运输岗位疲劳作业提供参考.

关键词：

铁路安全运输岗位疲劳作业替班马尔科夫链

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维普
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竖向受荷桩极限承载力计算的可靠性分析

肖建勇饶有权冷伍明

3131-3141页

查看更多>>摘要：为深入探究竖向受荷桩极限承载力3种典型计算模型(双曲线模型、指数曲线模型和灰色理论模型)的可靠性,基于具有极限承载力的95根试桩数据,详细分析3种单桩竖向极限承载力计算模型预测行为的不确定性.研究发现3种计算模型均可基于未达到破坏状态单桩的荷载−沉降数据序列预测其极限承载力,但具有一定的不确定性.编制的计算程序SIMUPU有效提高了单桩极限承载力的计算效率,具有良好的实用性.结合程序分析结果,提出单桩竖向承载力计算模型不确定性的分析方法,阐明了计算模型不确定性的统计特征,发现计算模型的不确定性系数统计均值可用于修正并提高模型预测单桩极限承载力的可靠性.基于双曲线模型极值点法预测的单桩极限承载力普遍偏大,且离散性较大,偏于不安全;采用双曲线模型最大曲率点法确定单桩极限承载力的不确定性系数均值虽接近1.0,但其预测结果的可靠性略有降低.指数曲线模型和灰色理论模型的预测结果整体略偏小,且二者预测结果较为接近,预测所得单桩极限承载力的可靠性优于双曲线模型.基于工程试验桩的应用分析表明,单一计算模型可能产生较大误差,基于本文可靠性分析方法,同时采用3种计算模型进行预测、修正、取均值,可获得更为可靠的单桩极限承载力.研究成果可为单桩极限承载力的分析和获取提供参考和依据.

关键词：

竖向受荷桩极限承载力计算模型可靠性不确定性

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维普
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基于三维随机树算法的稠密约束环境铁路线路优化

万昕洁蒲浩冉杨李伟...

3142-3152页

查看更多>>摘要：铁路选线是一个复杂的工程问题,尤其是当稠密约束选线环境内存在起伏地形高差约束和大量障碍物时,现有计算机辅助线路设计方法往往需要耗费大量的计算时间和资源才能生成优化方案,甚至容易停滞,无法找到可行方案.为解决这一问题,提出一种三维快速搜索随机树算法以期快速生成满足所有约束的线路方案.首先,为避免随机树搜索陷入局部最优,提出平−纵整合式随机树启发式采样方法,将随机树搜索扩展到三维空间并实现对选线搜索区域的全面探索.其次,为了在线路搜索过程中高效提取相关环境信息,提出多源异构综合地理信息的统一管理方法,针对环境信息特点定制相应的储存策略,将地形、障碍物等环境信息离散到综合地理信息模型中,并在随机树搜索过程中动态处治障碍物约束.随后集成启发式采样方法和约束处治算子,提出随机树进化搜索方法,在随机树拓展过程中高效检索和处治障碍物,快速生成优化路径方案.最后,将此方法应用于一个真实稠密约束线路案例中,实验结果证明,此方法能实现对所有障碍物约束的空间绕避,并能快速产生优化线路方案,相比于人工方案,机选方案的造价降低了4.8％.实验结果表明此方法可以提高线路设计效率,为人工设计提供有价值的参考.

关键词：

铁路设计线路优化启发式采样快速搜索随机树约束优化

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维普
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重载曲线钢轨滚动接触疲劳时变规律及治理优化

张昕赵鑫彭峰李静伟...

3153-3165页

查看更多>>摘要：为探明某重载铁路小半径曲线钢轨因滚动接触疲劳提前失效机理及优化现有打磨策略,针对该重载线曲线段发生的U75V热处理钢轨滚动接触疲劳损伤,开展不同半径、运量曲线钢轨的现场试验、室内试验、数值仿真,揭示现场不同圆曲线段钢轨疲劳随服役时间的演化规律.研究结果表明:钢轨疲劳随服役时间的演化大致分为裂纹萌生与快速扩展和裂纹−磨耗共生2个阶段.在进入裂纹−磨耗共生阶段后,R600 m、R800 m重载圆曲线段随着服役时间累计会因钢轨显著失形导致轮轨匹配恶化,虽对轨距角裂纹产生了一定抑制作用,但轨面部分区域产生了严重剥离掉块,可能会威胁到安全行车,究其根本原因是钢轨失形到一定程度后轮轨接触点向轨肩集中所致;所跟踪的其余曲线因钢轨磨耗较小未明显失形,故不会出现严重剥离掉块.在实验室内通过对下道钢轨失效分析后发现,涡流探伤仪测量到的最大深度与真实最大深度间存在误差;测量深度一般大于真实深度,真实深度在变大的同时测量深度与真实深度间的误差会越来越大.基于钢轨滚动接触疲劳时变规律,为进一步延长R600 m、R800 m重载钢轨的使用寿命,建议加大打磨频率(特别是在新轨上道6个月内),优先将廓形打磨为标准廓形,兼顾磨去疲劳裂纹;对于更大半径曲线考虑到经济性等,保持当前的打磨策略即可.

关键词：

重载铁路曲线钢轨滚动接触疲劳涡流检测钢轨打磨

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维普
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基于多目标优化策略的曲线钢轨非对称打磨设计

周骏刘林芽李纪阳

3166-3178页

查看更多>>摘要：铁路曲线钢轨打磨一直是养护维修工作的重点之一,虽然钢轨的磨损不可避免,但适当打磨型面能有效减缓磨损.为了降低打磨去除量,改善轮轨接触性能,提高铁路系统的安全性和经济性,提出一种基于多目标协方差矩阵自适应优化策略(MO-CMA-ES)的曲线段打磨型面设计方法.首先,通过主成分分析方法(PCA),从钢轨磨耗型面中选取代表性的磨耗型面作为初始种群.接着,采用NURBS曲线拟合算法对这些型面进行曲线拟合,以建立参数化模型.随后,使用MO-CMA-ES算法进行多目标优化,其中目标函数包括降低打磨去除量、轮重减载率和轮轴横向力.根据每个型面在不同目标函数下的适应度值,进行种群的进化与连续迭代,直到满足终止条件,即适应度函数值不再显著变化.最后,从最终的种群中选取目标适应度值最小的子代个体作为最优解.优化结果显示,优化型面降低了45.3％的打磨去除量,同时内外轨轨顶的打磨下降高度分别降低了0.84 mm和0.23 mm.静态轮轨接触方面,优化后的轮轨接触点分布更加均匀,且轨距角过渡区域的跳跃现象得到改善.动力学性能方面,优化型面降低了列车车体的横向加速度和轮轨横向力.此外,有效减小了轮对的横向位移,并微幅降低了轮轨最大接触应力.研究结果为曲线钢轨打磨提供了一种智能化的设计方法与参考.

关键词：

轮轨磨耗主成分分析方法多目标协方差矩阵自适应优化算法磨耗代表型面钢轨打磨去除量

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风荷载和列车共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性研究

冷伍明周思危阮波聂如松...

3179-3188页

查看更多>>摘要：我国是世界上沙漠分布最多的国家之一,沙漠中蕴藏着丰富的矿产资源.西部大开发和"一带一路"倡议将进一步推进沙漠地区铁路建设.利用丰富的沙漠风积沙作为铁路路基填料具有重要的经济意义和推广应用前景,风积沙包芯路基是一种充分利用风积沙作为铁路路堤填料的新型结构.为研究列车荷载和风荷载共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性计算方法,基于折线滑动法原理,对路堤结构进行分层分区,采用极限平衡方法,推导出列车荷载和沙漠风荷载共同作用下铁路风积沙包芯路基的稳定性系数计算公式并编制计算程序.结合和若铁路风积沙包芯路基的工程实例,验证了该计算方法的可行性.基于该计算程序,研究了风荷载大小、风向角、路堤填筑高度、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡稳定性系数的影响,分析了风向角、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度的影响.计算结果表明,风积沙包芯路基边坡稳定性系数与风荷载大小近似呈线性负相关,与风向角大小呈非线性正相关.风积沙包芯路基边坡稳定性系数富余量与路堤填筑高度呈负相关.风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度与风向角大小呈非线性负相关,与风积沙填料的内摩擦角大小近似呈线性负相关.建议风积沙包芯路基边坡设计中应考虑风荷载的影响.研究成果可供沙漠地区风积沙包芯路基设计借鉴和采用.

关键词：

风积沙包芯路基风荷载列车荷载边坡稳定性分析路基基床结构

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考虑参数空间差异的复合式滑坡推力计算分析

赵健姚嘉昊

3189-3199页

查看更多>>摘要：由于复合式滑坡不同滑区同一岩土计算参数数值存在差异性,导致滑坡推力大小判别难度加大.根据复合式滑坡破坏模式,概化构建滑坡地质模型,在此基础上建立滑坡物理力学模型,并对各区参数进行理论分析.根据滑坡失稳特征以及前人对复合式滑坡演化阶段划分的研究,将滑坡演化过程划分为前后裂隙开裂、前后滑带局部软化、前后滑带扩展、中部滑带软化、边坡整体失稳5个阶段,基于传递系数法和静力平衡条件构建不同演化阶段下的滑坡推力计算式.以汉巴南铁路某复合式滑坡为例,揭示了滑坡推力随水平距离增加的变化规律,并将计算结果与不考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异得出的计算结果进行对比分析.研究结果表明:1)在计算复合式滑坡推力时,考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异性的影响,其计算结果更加准确,规避因单一取值而导致计算推力不合理等问题.2)根据复合式滑坡不同演化阶段下的推力变化规律,在滑坡初期应以推移区和牵引区加固为主,当中部锁固区开始滑动,应以中部锁固区加固为主,同时也要加强推移区和牵引区的加固.3)在识别复合式滑坡演化阶段的基础上,根据此阶段构建的滑坡推力计算式得出推力空间变化规律,从而可提出较为合理的防治措施.

关键词：

复合式滑坡演化过程参数差异传递系数法推力计算

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龄期对剑麻纤维风积沙改性土工程特性的影响

陶嘉伟苏占东冉秀峰李驰...

3200-3212页

查看更多>>摘要：为了研究养护龄期对剑麻纤维风积沙改性土的物理和力学特性的影响,改善水泥固化风积沙改性土脆性开裂特性,选取通辽—新民北高铁所经的科尔沁沙地的实际高速铁路路堤风积沙改性土(95％风积沙+5％水泥),分别添加0％、0.1％、0.2％和0.4％的剑麻纤维,开展不同养护龄期(7,14,21及28 d)条件下的电阻率测试、纵波波速测试和无侧限抗压试验.试验结果表明:风积沙改性土的电阻率和纵波波速会随着养护龄期的增加而上升,前期增长显著而后期趋于平缓;在标准养护条件下,随着养护龄期的增加(从7～28 d),各组剑麻纤维掺量风积沙改性土的割线模量呈现对数函数形式增加,各组剑麻纤维掺量风积沙改性土的泊松比均呈小幅度下降趋势,其中不掺加剑麻纤维风积沙改性土的泊松比降幅较大(0.315～0.336,降幅6.63％),另外3组掺加剑麻纤维风积沙改性土的泊松比降幅较小(0.300～0.308,降幅2.60％),说明剑麻纤维的掺入对于改善风积沙改性土抵抗侧向变形的能力有限.风积沙改性土的无侧限抗压强度也会随着养护龄期和纤维含量的增加呈现抛物线形式上升,说明养护龄期的增加和剑麻纤维的掺入能有效提高风积沙改性土的抗压强度和延性特征,减轻风积沙改性土的脆性破坏.研究结果对沙漠地区风积沙改性土的工程应用与理论研究具有一定的参考价值.

关键词：

养护龄期剑麻纤维风积沙改性土物理特性力学特性

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偏高岭土-高炉矿渣地聚合物路面修补砂浆的耐久性试验研究

周英超但汉成马志明

3213-3224页

查看更多>>摘要：偏高岭土(MK)和高炉矿渣(GGBS)是制备地聚合物常用的固体原材料,由两者复合制备的地聚合物具有常温固化,黏结强度高以及快硬早强的优点,能够作为修复材料,然而两者比例改变带来的修补材料的耐久性变化尚未得到充分理解.针对该研究的不足,通过设置不同的GGBS/(MK+GGBS)值(质量比:0,20％,40％,60％,80％,100％),测试地聚合物修补砂浆的吸水量、接触角试验、目视观察地聚合物的泛碱程度以及测试地聚合物泛碱前后的力学性能变化对地聚合物的抗泛碱能力的影响,将地聚合物浸入0.5M(mol/L)的HCl溶液中1,3和5 d,通过目视观察以及测试地聚合物的质量和强度损失,对地聚合物的抗酸性能做出评估.热重(TG)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)被用于对高Ca体系和低Ca体系的耐酸机理做出讨论.另外,考虑到修补材料与基体的相容性同样重要,在干缩测试中以水泥为对照,在酸化测试中以黏结试件为对象,并测试地聚合物和水泥的热变形,以评估两者的相容性.研究结果表明,MK和GGBS比例合适时,地聚合物拥有更为致密的结构,表现出较低的吸水量和泛碱程度.MK含量较高时,产生的地聚合物凝胶有更强的耐酸性.适当增加GGBS,能够通过提升结构的致密性使得修补材料的耐久性得到提升.研究成果可为刚性路面的高性能耐久的快速修补材料研发提供技术参考.

关键词：

偏高岭土高炉矿渣地聚合物修补砂浆路面病害

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基于SSA-BP神经网络的车-轨-桥系统随机振动分析

何旭辉赵永帅蔡陈之

3225-3236页

查看更多>>摘要：轨道及桥梁结构参数随机性对车−轨−桥耦合系统的振动影响不能忽略.基于代理模型研究轨道−桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车−轨−桥耦合系统动力响应的影响.首先,基于经典的车−轨−桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩),采用Monte-Carlo生成2000个样本集,作为代理模型的训练集.然后,对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度,同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响.最后,假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布,所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别,采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响.结果表明:与经典的车−轨−桥耦合系统力学模型相比,所提出的代理模型具有更高的计算效率;SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型,GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型;SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度;道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显;钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视,而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑.研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考.

关键词：

桥梁工程车轨桥系统SSA-BP随机振动代理模型

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